1.3. Типы процессоров

Микропроцессор (μР) представляет собой процессорный узел, реализованный в виде одной микросхемы. μР чаще всего используются для вычислений общего назначения и применяются в основном в персональных компьютерах, серверах, суперкомпьютерах и высокопроизводительных встроенных системах реального времени.

Микроконтроллер (μC) представляет собой объединение на одном кристалле процессорного узла, постоянной памяти для хранения программ (десятки килобайт), оперативной памяти для хранения данных (несколько килобайт) и набора различных устройств ввода-вывода. μC широко применяются в недорогих встроенных системах реального времени.

Система на кристалле (SoC) как и μC размещается на одном кристалле и также выполняет функции целого устройства (например, компьютера). Отличие состоит в большей сложности, ориентированности на специализированную задачу и подходом к проектированию - аппаратная часть собирается из стандартных отлаженных блоков (IP-ядер), а для сборки программной части используются готовые драйверы.

Выделяют процессоры, основанные на SoC. Они содержат процессорное ядро и большое количество периферийных интерфейсов [3].

Системы на кристалле могут содержать несколько процессорных узлов в общем случае разнородных. Такие устройства называют мультипроцессорными системами на кристалле (MPSoC), например [4].

Цифровой сигнальный процессор (Digital signal processor - DSP) [5] — это специализированный микропроцессор, предназначенный для цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени. Задачи цифровой обработки сигналов имеют несколько общих моментов.

Во-первых, большое число обрабатываемых данных, которые представляют отсчеты физических величин, поступающих с заданным периодом дискретизации (отсчеты радиосигналов, изображения, речи).

Во-вторых, обычно выполняются сложные математические операции, включающие фильтрацию, идентификацию, спектральный анализ, машинное обучение и другие. Это интенсивные операции, для поддержки которых и разработаны DSP, например, операция «умножение с накоплением» (MAC) А = A + X × B обычно исполняется за один такт, где А – аккумулятор, Х – входной отсчет, а В – некоторый постоянный коэффициент.

Коммуникационные микропроцессоры, например [6], разработаны для интеграции с сетевым и другим коммуникационным оборудованием и состоит из высокопроизводительного процессорного ядра, гибкого контроллера памяти и коммуникационного процессорного модуля (CPM). CPMсодержит независимый специализированный RISC процессор (CP). Этот процессор разгружает центральный процессорный узел от задач взаимодействия с периферийным оборудованием.

CPM содержит:

– последовательные коммуникационные контроллеры (SCC), поддерживающие протоколы Ethernet,ATM,HDLC и другие;

– последовательные контроллеры администрирования (SMC);

– интерфейсы с временным разделением каналов;

– интерфейсы характерные для обычных микропроцессорных систем.

Графические процессоры (GPU) [7] – специализированные процессоры, разработанные для выполнения вычислений требуемых для визуализации графики. Они поддерживают 3D графику,построение теней и цифровое видео. Доминируют в этой области Intel, NVIDIA иAMD.

Некоторые встроенные приложения, в частности игры, хорошо подходят для GPU. Графические процессоры эволюционируют в сторону общей модели программирования и поэтому начинают примеряться в других приложениях, требующих интенсивных вычислений, таких как измерительная техника.

Обычно GPU потребляют много энергии и поэтому не находят применения для встроенных приложений с жесткими требованиями к энергопотреблению.